隧道不收敛型塌方的处理方法与流程

本发明涉及地下工程领域，具体是一种对隧道塌方的处置方法。

背景技术：

隧道塌方可分为“收敛型塌方”与“不收敛型塌方”两种。其中，收敛型塌方为：隧道塌方塌到一定程度后，塌腔会稳定，不再继续塌方；不收敛型塌方为：隧道塌方一直持续，不停地塌，塌腔越来越大，有可能塌方冒顶，即从山体内的下部向上塌至地表。

在新建隧道工程的开挖和初期支护施工过程中，当遇到具有丰富裂隙水的软弱破碎岩土体或者软弱破碎含水饱和的岩土体等不良地质条件时，如果支护不及时或施工方法不当等，隧道掌子面附近已开挖的隧道拱部很容易出现塌方，如果对塌方处治不当，会出现塌腔不收敛的持续性塌方,甚至塌方冒顶。

现行规范中没有具体的隧道塌方处理施工技术要求和处理方法。现有的文献资料对同类塌方处理的方法是隧道塌方后，清除塌渣，再对塌腔进行锚喷支护的处理方式。这样的处理方式并不科学、不合理。第一、清除塌渣后再进行塌方处理的方式是不科学的。隧道塌方地段的共同特点是围岩差。对围岩差的地段，当清除塌渣后，隧道掌子面及隧道两侧没有垮塌部位的围岩会失去约束。清除塌渣后，会引起塌方段更大范围内的围岩松弛变形和诱发更大的隧道塌方。第二、采用锚喷支护措施处理不收敛型塌方的塌腔面存在重大安全隐患。塌腔面本身是不稳定的，在对塌腔进行锚喷支护等施工过程中，钻锚杆孔眼等施工会扰动破碎围岩，扰动后，围岩会继续塌方，危及施工人员的安全。第三、锚喷支护按照注浆压力控制隧道塌方注浆量也是不科学的。

技术实现要素：

本发明提供一种隧道不收敛型塌方的处理方法，解决现有方法对不收敛型塌方处理不合理，不具有可操作性和存在安全风险的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：隧道不收敛型塌方的处理方法，包括以下步骤：

步骤一、利用洞渣回填塌方段及塌方影响段

具体的：步骤一中，利用隧道开挖出来的洞渣，回填塌方隧道，填筑高度至隧道拱顶，利用洞渣封堵隧道拱部塌方口，并按照不陡于45°的坡比，从回填拱顶外缘向下放坡，回填反压塌方影响段。

步骤二、对塌方影响段进行加固

进一步的是：步骤二中，先对塌方影响段的隧道变形情况、隧道变形后的侵限情况，对塌方影响段的安全情况进行调查后，再进行加固；隧道塌方影响段加固施工顺序：从远离塌方体的安全区向塌方的危险区逐步推进的方法进行加固。

具体的：步骤二中，紧邻隧道塌方段3～5m的范围为塌方影响段，对塌方影响段先采用纵向间距为50～100cm的钢拱架作为临时支撑，再采用注浆小导管或自进式中空注浆锚杆进行加固处理。

步骤三、调查隧道塌方情况

具体的：步骤三中，调查隧道塌方情况包括：调查隧道塌方纵向长度，调查隧道塌方横向宽度、塌腔大概轮廓线、塌高，调查塌腔的稳定情况、塌渣块体大小、塌渣软硬程度、塌渣孔隙率、地下水情况及塌方段上部是否存在建筑物和塌方冒顶后对隧道及周边的危害程度。

步骤四、隧道塌方段处理

s1.根据塌方冒顶后对地表及周边建筑物的危害程度，确定塌腔面与塌渣之间的空腔即塌腔是否回填处理，若是需要回填，则进行回填；否则，进行下一步s2；

s2.加固塌渣：在隧道开挖轮廓线外注浆并形成预加固拱；

s3.隧道开挖：根据注浆加固效果和钢拱架支护纵向间距，确定单循环开挖进尺及开挖断面大小；

s4.安装并固定钢拱架：在隧道开挖处安装钢拱架，钢拱架之间施工纵向连接钢筋，并固定钢拱架；

s5.在钢拱架内侧铺设钢筋网，施工系统支护水泥砂浆锚杆，并喷混凝土支护，预加固拱变为加固拱；

s6.依次循环s2～s6，直至完成塌方段隧道初期支护及开挖工作；

具体的：步骤四的s6对应的s3中，单循环开挖进尺不超过100cm，每次开挖高度不超过200cm，采用环形分部预留核心土开挖方法开挖。

s7.引排塌腔水：在塌方段隧道拱部塌方注浆加固区钻径向排水孔，通过排水孔引排塌方加固区外的裂隙水，并进行排水；

s8.施工防水板及二次混凝土衬砌。

具体的：步骤四的s2中，首先施工超前支护，再施工大角度支护；其中，超前支护为：通过小角度超前注浆在隧道开挖轮廓线外形成一个连续的“拱模”；大角度支护包括：以“拱模”为拱底模板，对隧道塌方段开挖轮廓线外的塌渣进行注浆，在隧道开挖轮廓线外形成预加固拱，并对预加固拱与岩面接触带进行支护。

进一步的是：步骤四的s2中，超前支护采用超前注浆小导管或超前自进式中空注浆锚杆，超前向上角度5～10°，超前搭接长度不小于150cm，超前支护钻孔、安装及注浆施工顺序：从下到上，从没有水的地段向有水的地段，间隔跳孔施工；

大角度支护选用自进式注浆锚杆或注浆小导管或水泥砂浆锚杆，大角度支护采用两种角度布置，一种为45°大角度支护，另一种为90°大角度支护，两种角度按照纵向交错布置的方式：沿隧道纵向，上环为45°大角度支护，下环为90°大角度支护，依次循环；或者，两种角度按照环向交错布置的方式：沿隧道环向，一根为45°大角度支护，另一根为90°大角度支护，依次循环；

两种角度的支护施工顺序为：先施工小角度的，后施工大角度的；超前支护单根长度比大角度支护单根长度大1～2m。

具体的：步骤四的s2中，对预加固拱与岩面接触带进行支护为：预加固拱与岩面接触带按照纵向及环向50～100cm间距，布置2～4排大角度自进式中空注浆锚杆、注浆小导管或水泥砂浆锚杆；并且预加固拱与岩面接触带处的大角度支护长度均比其他位置支护或锁脚支护长度大1.0～3.0m，预加固拱与岩面接触带处的大角度支护端部深入没有塌方的岩土体不小于1.5m，预加固拱与岩面接触带处的大角度支护末端制作成弯钩，并与s4中的钢拱架焊接连接。

进一步的是：步骤四的s4中，固定钢拱架包括施工钢拱架锁脚锚杆或注浆锁脚小导管；每榀钢拱架接头处设置两根锁脚注浆小导管或自进式中空注浆锁脚锚杆，锁脚支护长度比径向支护长度大，锁脚支护注浆量比径向支护注浆量大；锁脚末端制作成弯钩，并与钢拱架焊接连接。

本发明的有益效果是：本处理方法利用洞渣及塌渣作为反压隧道的材料，就地取材，封堵塌腔口，快速约束隧道变形及塌方扩大，防止塌腔内塌方体滚落于隧道内；并利用塌渣作为建筑材料，通过适当的固结加固，使没有承载能力的松散塌渣变为有承载能力的岩土胶结体，并作为隧道塌方支护的主要技术手段。从而，节约了材料，并最大程度地降低了原有技术清渣后继续塌方的安全风险，最大限度地节约了工程投资。无特殊要求的情况下，隧道拱顶空腔可不做回填处理，本处理方法为轻型结构设计法，可加快施工进度、节约工程投资，降低安全风险。

加固塌渣时，先施工超前支护，再施工大角度支护；超前支护形成一个连续的“拱模”，“拱模”在隧道开挖轮廓线外的隧道预加固拱底部与隧道开挖轮廓线内部松散塌渣之间形成一个隔离面，在进行大角度支护时，有效地防止大角度的支护注浆浆液向下渗漏，有效地控制注浆量，并保证注浆效果，节约了浆液量，节约了工程投资。大角度支护采用两种角度布置，采用大小角度套用的支护方式充分发挥了支护的作用，安全可靠，实用性强。

附图说明

图1是本发明隧道不收敛型塌方的处理横断面示意图。

图2是本发明隧道不收敛型塌方的处理纵剖面示意图。

图中零部件、部位及编号：塌方段ⅰ、塌方影响段ⅱ、未塌方段ⅲ、塌腔面1、塌渣2、塌腔3、预加固拱4、钢拱架5、超前支护6、大角度支护7、45°大角度支护7-1、90°大角度支护7-2、预加固拱与岩面接触带8、初期支护9；塌渣顶面10、大角度支护外轮廓线11、回填洞渣12、掌子面13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明隧道不收敛型塌方的处理方法，包括以下步骤：

步骤一、利用洞渣回填塌方段ⅰ及塌方影响段ⅱ。隧道出现塌方后，隧道可分为塌方段ⅰ、塌方影响段ⅱ和未塌方段ⅲ。如果不及时采取合理的措施约束隧道塌方，则会使隧道塌方扩大。步骤一在于快速约束隧道大变形，防止塌方扩大。步骤一在确保安全的前提条件下，首先，在最短的时间内，利用隧道开挖出来的洞渣，采用施工机械快速回填塌方隧道段，形成回填洞渣12，回填洞渣12填筑高度至隧道拱顶，利用回填洞渣12封堵隧道拱部塌方口，防止塌腔3内塌渣2滚落于隧道内，并按照不陡于45°的坡比，从回填拱顶外缘向下放坡回填，形成回填洞渣12反压塌方影响段ⅱ，如图2所示。从而达到快速约束隧道变形和防止塌方扩大的目的，并为后续加固工作提供安全保障和作业平台。

步骤二、对塌方影响段ⅱ进行加固

步骤二即锁口，目的在于防止塌方扩大和为后续塌方处理提供安全保障。塌方影响段ⅱ范围及其加固方法：对受隧道塌方影响段ⅱ的隧道变形情况、隧道变形后的侵限情况及对塌方影响段ⅱ的安全情况进行全面调查后，再对塌方影响段ⅱ进行加固。隧道塌方影响段ⅱ加固施工顺序：从远离塌方体的安全区向塌方的危险区域逐步推进的施工方法进行加固。一般来说，紧邻塌方段ⅰ3～5m段范围内为塌方影响段ⅱ，对塌方影响段ⅱ先采用纵向间距为50～100cm的钢拱架5作为临时支撑，钢拱架5的型号现场选择，再采用注浆小导管或自进式中空注浆锚杆进行加固处理。

步骤三、调查隧道塌方情况

隧道塌方处理前，先对塌方情况进行全面调查，调查隧道塌方情况包括：调查隧道塌方纵向长度，调查隧道塌方横向宽度、大概塌腔面1、塌高，调查塌腔3的稳定情况、塌渣2块体大小、塌渣2软硬程度、塌渣2孔隙率、地下水情况及塌方段ⅰ上部是否存在建筑物和塌方冒顶后对隧道及周边的危害程度。其中，大概塌腔面1为塌腔2大概轮廓线。调查隧道塌方情况，对隧道塌方做好综合判断后，只要隧道开挖轮廓线上部有不少于2m厚的塌渣2，不论隧道塌腔3是否稳定，都可以采用本发明的处理方法进行安全处理。

步骤四、隧道塌方段ⅰ处理

s1.根据塌方冒顶后对地表及周边建筑物的危害程度，确定塌腔面1与塌渣2之间的空腔，即塌腔3是否回填处理，若是需要回填，则进行回填；否则，进行下一步s2。一般山岭隧道不需要对空腔进行处理。

s2.加固塌渣2：在隧道开挖轮廓线外注浆并形成预加固拱4

对隧道塌方段ⅰ开挖轮廓线外一定范围内的塌渣2进行固结注浆，注浆后，在隧道开挖轮廓线外形成一定厚度的连续固结的预加固拱4。具体的，先施工超前支护6，再施工大角度支护7。超前支护单根长度比大角度支护单根长度大1～2m。

超前支护6为：通过小角度超前注浆在隧道开挖轮廓线外形成一个连续的“拱模”，“拱模”为后续大角度支护7注浆加固塌渣2的拱底模板，防止大角度支护7加固松散的塌渣2的浆液流入隧道开挖轮廓线内的松散渣体内，有效防止浆液浪费和降低后续开挖的难度。通过定向、限量注浆，有效地提高浆液利用率，节约了注浆量，并提高施工的可操作性及安全性。

超前支护6使用超前注浆小导管或超前自进式中空注浆锚杆，超前向上角度5～10°；环向间距30～40cm，根据现场实际情况并结合钢拱架5间距确定纵向排距。一般地，纵向排距为150～250cm，且超前搭接长度不小于150cm。超前支护6端部与钢拱架5焊接连结。超前支护6钻孔、安装及注浆施工顺序：从下到上，从没有水的地段向有水的地段，间隔跳孔施工。超前支护6采用浓浆、掺加速凝剂及间歇注浆的方式控制大量浆液渗入隧道开挖轮廓线内；水泥浆液的水灰比为1﹕0.8～1﹕1。超前支护6注浆量不但与塌渣2的空隙率大小相关，还与超前支护6的强度相关。注浆量通过试验确定，通过试验后按照总量控制的原则限量注浆。一般单根超前支护注p.o42.5水泥量100～200kg为宜。

大角度支护7包括：对隧道塌方段ⅰ开挖轮廓线外的塌渣2进行注浆，在隧道开挖轮廓线外形成预加固拱4，并对预加固拱与岩面接触带8进行支护。大角度支护7的目的是通过注浆使隧道开挖线外2～4m的松散渣体变为水泥浆胶结的连续拱圈，即形成预加固拱4。

具体的，大角度支护7采用两种角度，分别为45°大角度支护7-1和90°大角度支护7-2，两种角度的支护交错布置，如图2所示。交错布置方式根据现场实际需要确定，例如，按照纵向交错布置的方式：沿隧道纵向，上环为45°大角度支护7-1，下环为90°大角度支护7-2，依次循环。或者，按照环向交错布置的方式：沿隧道环向，一根为45°大角度支护7-1，另一根为90°大角度支护7-2，依次循环。在同区段，45°大角度支护7-1和90°大角度支护7-2的施工顺序为先施工小角度的，后施工大角度的。90°大角度支护7-2注浆起到补注浆和进一步加固形成连续的拱圈，即形成预加固拱4的作用。大角度支护7注浆量不但与塌渣2的空隙率大小相关，还与大角度支护的强度和超前支护注浆后形成的底模是否漏浆相关。注浆量通过试验确定，并按照总量控制原则限量注浆，一般单根大角度支护注p.o42.5水泥量200～450kg为宜。

隧道塌方后，在隧道开挖轮廓线外的隧道拱部形成一定厚度的塌渣2，对隧道开挖轮廓线外一定厚度的松散塌渣2固结注浆后，使没有承载能力的松散塌渣2变得有承载能力，使塌渣2在隧道拱部形成一个有强度的“预加固拱4”。这个“预加固拱4”的拱脚是与之接触的塌腔岩面，这个塌腔岩面在隧道拱部两侧形成“外八字”。“预加固拱4”没有与岩面之间形成有效的连接，没有形成有效的拱脚，如果不对“预加固拱4”的拱脚进行有效的处理，“预加固拱4”下部塌方渣体开挖后，“预加固拱4”及其上部没有加固的松散塌渣2在自重作用下会掉落下来。因此，预加固拱与岩面接触带8是隧道的薄弱环节，一定要进行有效的支护后才能使隧道拱部的“预加固拱4”起作用。

对预加固拱与岩面接触带8进行支护的措施：按照纵向及环向50～100cm间距，梅花型布置2～4排大角度自进式中空注浆锚杆，或注浆小导管，或水泥砂浆锚杆。根据现场需要选择锚杆及导管型号，当围岩破碎，不好成孔时，选择4.5～9.0m的自进式中空注浆锚杆；当注浆加固不理想时，选择3.0～4.5m的注浆小导管；当围岩较好时，选择3.5～6.0m的水泥砂浆锚杆。

对预加固拱与岩面接触带8处的大角度支护长度均比其他系统支护或锁脚支护长1.0～3.0m。预加固拱与岩面接触带8处的大角度支护端部深入没有塌方的岩土体不小于1.5m，末端弯成8～10cm带直角的弯钩，并与对应位置的钢拱架5绑焊连接固定。

加固塌渣2采用单根长为3～5m的小角度和大角度注浆小导管或自进式中空注浆锚杆注浆加固塌渣2。注浆小导管型号为φ42mm(外径)×4mm(壁厚)的无缝钢管，钢管前端做成锥形，钢管周壁制作成φ6～8mm的梅花形注浆孔，纵向孔间距15～20cm，横向3排孔，导管末端30cm不钻孔。自进式中空注浆锚杆型号根据实际需要选择,可选择的锚杆型号有φ25mm×5mm、φ25mm×7mm、φ27mm×5.5mm、φ32mm×6mm，锚杆杆体周壁可钻直径为φ6～8mm的梅花形注浆孔，纵向孔间距60～80cm，纵向2排孔，锚杆末端30cm不钻孔。

此外，“s2.加固塌渣”步骤中，还可先向隧道开挖轮廓线外的塌方渣体顶设混凝土泵送管，向塌腔3下部的塌渣顶面10泵送一定厚度的混凝土或水泥砂浆，通过浆液下渗进入松散的塌渣2内，对塌渣2起到一定的固结作用后，再施工上述的超前支护6和大角度支护7。

s3.隧道开挖：根据注浆加固效果和钢拱架5支护纵向间距，确定单循环开挖进尺及开挖断面大小。

根据隧道断面大小、塌方情况、支护方式和充分利用渣体自稳能力的特点，选择合理的隧道开挖方式。一般采用环形分部预留核心土开挖方法开挖。每层开挖台阶高度2m左右为宜。单循环开挖进尺应适应钢拱架间距，单循环开挖进尺不超过100cm。隧道开挖预留变形量根据隧道跨度大小、隧道支护参数等综合确定，一般预留开挖变形量以8～15cm为宜。

s4.安装并固定钢拱架5：在隧道开挖处安装钢拱架5，钢拱架5之间施工纵向连接钢筋，并固定钢拱架5。

钢拱架5根据隧道断面大小选择钢拱架的型号，钢拱架纵向间距一般以50～80cm为宜。连接钢筋可选φ22mm螺纹钢筋，纵向钢筋环向间距100cm，内外交错布置。钢拱架5通过锁脚锚杆或锁脚注浆小导管固定。具体的，每榀钢拱架接头处设置两根锁脚注浆小导管或自进式中空注浆锁脚锚杆。锁脚末端制作成8～10cm长直弯钩，并与钢拱架5焊接连接牢固。锁脚支护比径向支护长1m，注浆量比径向支护适当增加，一般每根增加p.o42.5水泥量50～100kg为宜。

s5.在钢拱架5内侧铺设钢筋网，施工系统支护水泥砂浆锚杆，并喷混凝土支护。例如，隧道拱墙全断面采用直径为φ8mm、网格间距为15～20cm的单层或双层钢筋网。初期支护9喷混凝土厚度15～25cm。

s6.依次循环s2～s6，直至完成塌方段ⅰ隧道初期支护9及开挖工作。

s7.引排塌腔水：在塌方段ⅰ隧道拱部塌方注浆加固区钻径向排水孔，通过排水孔引排塌方加固区外的裂隙水，并进行排水；完成塌方段ⅰ开挖及初期支护工作后，施工二次混凝土衬砌前，及时完成塌方段ⅰ隧道引排水工作。具体做法：在隧道拱部塌方注浆加固区钻径向排水孔，通过排水孔引排塌方加固区外(未回填的塌腔内)可能存在的裂隙水，防止裂隙水汇集于隧道拱部未回填处理的塌腔3内，预防裂隙水软化岩土体和形成附加荷载等不利影响。例如，按照环向及纵向150cm间距，径向、梅花形布设φ50mm排水孔。具体做法：从洞内向塌腔3钻孔，钻透隧道拱部注浆加固圈，并接φ50mm排水盲管至隧道两侧边沟进行排水。

s8.施工防水板及二次混凝土衬砌。具体按照设计支护参数铺设隧道排水盲管及防水板。完成塌方段初期支护后，及时施工塌方段ⅰ排水孔，并完成二次混凝土衬砌。